山东省成武一中高中物理 16.1 实验 探究碰撞中的不变量课件 新人教版选修35.ppt

知识与技能1 会结合已掌握的知识探索碰撞前后的不变量 2 通过实验找到碰撞前后的不变量 过程与方法用实验的方法探究碰撞中的不变量 情感 态度与价值观1 树立理论来源于实践 应用于实践的世界观 2 形成重视实验探究物理规律的良好习惯 1 两个物体 沿同一直线运动 仍沿这一直线运动 这种碰撞叫做一维碰撞 2 在 探究碰撞中的不变量 的实验中 需要考虑的首要问题是 即如何保证两个物体在碰撞之前沿同一直线运动 碰撞之后还沿这条直线运动 此外 还要考虑怎样测量物体的 和怎样测量物体的 3 关于实验数据的处理 应用 的形式记录 填表时注意思考 如果小球碰撞后运动的速度与原来的方向 应该怎样记录 4 对于每一种碰撞的情况 例如两个物体碰后分开或粘在一起的两种情况 都要填写一个表格 然后根据表中的数据寻找碰撞前后的 答案 1 碰撞前碰撞后2 如何保证碰撞是一维的质量速度3 表格相反4 不变量 知识点1实验的基本思路1 一维碰撞两个物体碰撞前沿同一直线运动 碰撞后仍沿这条直线运动 这种碰撞叫做一维碰撞 说明 碰撞是在物体之间进行的 碰撞前后物体的速度一般要发生变化 因此要找出碰撞中的不变量 应考虑到质量与速度的各种组合 知识点2需要考虑的问题1 怎样才能保证碰撞是一维的 可以利用凹槽或气垫导轨限定物体在同一直线上运动 也可以利用长木板限定物体在同一直线上运动 或使两物体重心连线与速度方向共线 3 如何处理实验数据 将实验中测得的数据填入下表中 然后探究不变量 说明 因为速度是矢量 将速度填入表格时 应注意速度的方向 先设某一方向为正 沿正方向的速度取正值 沿相反方向的速度取负值 例1 某同学设计了一个用打点计时器探究碰撞过程中不变量的实验 在小车a的前端粘有橡皮泥 推动小车a使之做匀速直线运动 然后与原来静止在前方的小车b相碰并粘合成一体 继续做匀速直线运动 他设计的具体装置如图16 1 1所示 在小车a后连着纸带 电磁打点计时器电源频率为50hz 长木板下垫着小木片用以平衡摩擦力 1 若已得到打点纸带如图16 1 2所示 并测得各计数点间的距离标在图上 a为运动起点的第一点 则应选 段来计算a碰撞前的速度 应选 段来计算a和b碰后的共同速度 2 已测得小车a的质量m1 0 40kg 小车b的质量m2 0 20kg 由以上测量结果可得 碰前m1v1 m2v2 kg m s 碰后m1v1 m2v2 kg m s 3 结论 答案 1 bcde 2 0 4200 417 3 误差允许的范围内 碰前的质量与速度乘积之和等于碰后的质量与速度乘积之和 即碰撞过程中不变量为质量与速度乘积之和 解析 1 从分析纸带上打点的情况看 bc段既表示小车做匀速运动 又表示小车有较大速度 而ab段相同时间内间隔不一样 说明刚开始不稳定 因此bc段较准确描述小车a碰前的运动情况 应选用bc段计算a碰前的速度 从cd段打点情况看 小车的运动情况还没稳定 而在de段小车运动稳定 故应选de段计算小车碰后a和b的共同速度 利用气垫导轨探寻碰撞中的不变量的方法与步骤 1 实验器材气垫导轨 气泵 光电计时器 天平 滑块 两个 刻度尺 弹簧片 弹性碰撞架 撞针 橡皮泥 细绳 胶布 2 实验步骤 1 用天平分别测出两滑块的质量m1 m2 用刻度尺测出挡光片的宽度 x 2 如图16 1 3所示 调节气垫导轨 使其水平 3 按说明书连接好光电计时器与光电门 设计好测量挡 4 如图16 1 4所示 把中间夹有弯形弹簧片的两只滑块置于光电门中间保持静止 烧断拴弹簧片的线 记录两挡光片通过光电门的时间 t1 t2 求出两滑块的速度 将实验结果记入表中 5 如图16 1 5所示 在滑块上安装好弹性碰撞架 让两滑块从左 右两方向以适当的速度经过光电门后在两光电门中间发生碰撞 碰撞后分别沿各自碰撞前相反的方向运动再次经过光电门 记录挡光片通过光电门时间 求出它们的速度 将实验结果记入表中 6 如图16 1 6所示 在滑块上安装好撞针及橡皮泥 将装有橡皮泥的滑块停在两光电门之间 装有撞针的滑块从一侧经过光电门后两滑块相碰 然后一起运动经过另一光电门 记录挡光片通过光电门的时间 求出滑块的速度 将实验结果记入表中 7 根据上述各次碰撞的实验数据寻找碰撞中的不变量 借助平抛运动探究碰撞中的不变量用两个大小相同但质量不等的小球的碰撞来探索 不变量 实验装置如图16 1 7所示 让一个质量较大的小球从斜槽上自由滚下来 跟放在斜槽末端的另一质量较小的小球发生碰撞 正碰 设两个小球的质量分别为m1和m2 碰撞前 质量为m1的入射小球的速度是v1 质量为m2的被碰小球静止 两个小球碰撞前的两个物体各自的质量与自己的速度的乘积之和是m1v1 碰撞后 入射小球的速度是v 1 被碰小球的速度是v 2 两个小球碰撞后各自的质量与自己的速度的乘积之和是m1v 1 m2v 2 探索是否有下列关系存在 m1v1 m1v 1 m2v 2如果我们分别测出两个小球的质量和两个小球在碰撞前后的速度 把它们代入上式 就可以验证两个小球碰撞前后质量与速度乘积之和是否相等 小球的质量可以用天平称出 怎样简便地测出两个小球碰撞前后的速度呢 两球碰撞前后的速度方向都是水平的 因此两球碰撞前后的速度 可以利用平抛运动的知识求出 在这个实验中 做平抛运动的小球落到地面 它们的下落高度相同 飞行时间t也就相同 它们飞行的水平距离x vt与小球开始做平抛运动时的水平速度v成正比 设小球下落的时间为t 则在图16 1 8中op v1t 1 om v 1t 2 on v 2t 3 如果实验测得的m1 m2 op om on满足以下关系m1op m1om m2on 4 在把 1 2 3 式代入 4 式并消去t后即可得到m1v1 m1v 1 m2v 2这样就验证了上述猜想 具体操作如下 用天平测出两个小球的质量 按照图16 1 7所示的那样 安装好实验装置 将斜槽固定在桌边 使槽的末端点的切线是水平的 被碰小球放在斜槽前端边缘处 为了记录小球飞出的水平距离 在地上铺一张白纸 白纸上铺放复写纸 当小球落在复写纸上时 便在白纸上留下了小球落地的痕迹 在白纸上记下重垂线所指的位置o 图16 1 8 先不放上被碰小球 让入射小球从斜槽上某一高处滚下 重复10次 用尽可能小的圆把所有的小球落点圈在里面 圆心p就是小球落点的平均位置 把被碰小球放在斜槽前端边缘处 让入射小球从原来的高度滚下 使它们发生碰撞 重复实验10次 用同样的方法标出碰撞后入射小球的落点的平均位置m和被碰小球